LABORATORIUM Z PODSTAWOWYCH UKŁADÓW ELEKTRYCZNYCH

Transkrypt

1 LABORATORIUM Z PODSTAWOWYCH UKŁADÓW ELEKTRYCZNYCH KL-210 ROZDZIAŁ 2 PROSTOWNIKI I FILTRY ROZDZIAŁ 4 UKŁADY RÓŻNICZKUJĄCE I CAŁKUJĄCE ROZDZIAŁ 5 WŁAŚCIWOŚCI TRANZTSTORA MODUŁY: KL KL-25002

2 Spis tre ci Rozdzia 2 Prostowniki i filtry wiczenie 2-1 Prostownik jednopo ówkowy.. 3 A. Prostownik jednopo ówkowy bez kondensatora filtruj cego. 6 B. Prostownik jednopo ówkowy z kondensatorem filtruj cym 7 wiczenie 2-2 Prostownik dwupo ówkowy. 10 A. Prostownik dwupo ówkowy bez kondensatora filtruj cego 12 B. Prostownik dwupo ówkowy z kondensatorem filtruj cym.. 13 wiczenie 2-3 Prostownik w uk adzie mostkowym.. 16 A. Prostownik w uk adzie mostkowym bez kondensatora filtruj cego. 18 B. Prostownik w uk adzie mostkowym z kondensatorem filtruj cym 19 wiczenie 2-4 Prostownik z wyj ciem symetrycznym. 20 wiczenie 2-5 Uk ad podwajania napi cia. 26 Rozdzia 4 Uk ady ró niczkuj ce i ca kuj ce wiczenie 4-1 Uk ad RC.. wiczenie 4-2 Uk ad ró niczkuj cy wiczenie 4-3 Uk ad ca kuj cy wiczenie 4-4 Uk ad RL Rozdzia 5 W asno ci tranzystora wiczenie 5-1 Podstawowe w asno ci tranzystora.. 55 A. Pomiar pr dów I E, I B i I C tranzystora p-n-p 59 B. Pomiar pr dów I E, I B i I C tranzystora n-p-n 60 wiczenie 5-2 Charakterystyki tranzystora

3 Rozdzia 2 Prostowniki i filtry wiczenie 2-1 Prostownik jednopo ówkowy PRZEDMIOT WICZENIA 1. Zrozumienie zasady dzia ania prostownika jednopo ówkowego. 2. Pomiar napi cia wyj ciowego i napi cia t tnie prostownika jednopo ówkowego. DYSKUSJA Zasilacz napi cia sta ego Urz dzenia elektroniczne wymagaj zasilania napi ciem sta ym ze specjalnego zasilacza. Do zasilania napi ciem sta ym s u ywane najcz ciej oprócz baterii, akumulatorów, uk ady przetwarzaj ce napi cie przemienne na napi cie stale. Kompletny zasilacz napi cia sta ego powinien sk ada z wszystkich bloków przedstawionych na rys Wej- ciowe napi cie przemienne V AC jest zmniejszane do potrzebnej warto ci w transformatorze sieciowym, a nast pnie prostowane w prostowniku na napi cie pulsuj ce. Napi cie pulsuj ce przechodzi nast pnie przez filtr, którego zadaniem jest sprowadzenie t tnie do minimum. Je li odfiltrowane napi cie sta e przy o y si do obci enia, to przy zbyt ma ej warto ci rezystancji tego obci enia, staje si konieczne dodanie nast pnego stopnia stabilizuj cego to napi cie. Do najcz ciej stosowanych prostowników nale : (1) prostownik jednopo ówkowy, (2) prostownik dwupo ówkowy i (3) prostownik mostkowy (w uk adzie Graetza). Rys Schemat blokowy zasilacza napi cia sta ego Prostownik jednopo ówkowy Prostownik jednopo ówkowy przedstawiono na rys (a). W trakcie dodatniego pó okresu przebiegu napi cia wej ciowego Vi przedstawionego na rys (b) dioda jest w czona (przewodzi). Jej uk ad zast pczy przedstawiono na rys (c), przy czym Vo = Vi tzn. napi cie wyj ciowe jest równe napi ciu wej ciowemu. 3

4 W trakcie ujemnego pó okresu dioda b dzie odci ta (zatkana), a jej uk ad zast pczy przedstawiono na rys (d). Jak przedstawiono z kolei na rys (b), napi cie wyj- ciowe Vo pojawia si tylko w dodatnim pó okresie napi cia przemiennego V AC. Otrzymuje si, zatem: Vdc = V r = 0,9 Vrms / 2 = 0,45 Vrms, gdzie Vrms jest napi ciem skutecznym, a V r napi ciem rednim. (a) Uk ad prostownika (b) przebiegi wej ciowy i wyj ciowy (c) Dioda D w czona (d) Dioda D wy czona Prostownik pó okresowy z kondensatorem filtruj cym Na rys (b) przedstawiono przebieg napi cia Vo na wyj ciu prostownika jednopo- ówkowego bez kondensatora filtruj cego. Na rysunkach 2-1-3(a) i (b) przedstawiono uk ad prostownika jednopo ówkowego z kondensatorem filtruj cym w trakcie adowania i odpowiednio roz adowywania. Na rysunkach (c) i (d) przedstawiono przebiegi napi wyj ciowych w sytuacjach, gdy rezystancja obci enia RL = 1 k i odpowiednio RL =. Im wi ksza warto rezystancji R L, tym wi kszy czas roz adowania, co z kolei powoduje wyg adzenie napi cia wyj ciowego. 4

5 (c) Przebieg wyj ciowy, (d) Przebieg wyj ciowy, gdy R L = 1 k gdy R L = Rys Prostownik jednopo ówkowy z kondensatorem filtruj cym NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Oscyloskop 4. Multimetr 5

6 PROCEDURA A. Prostownik jednopo ówkowy bez kondensatora filtruj cego (1) Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok c. (2) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku (3) Do wyprowadze wej ciowych TP1 i TP2 doprowadzi napi cie przemienne 9 V ze ród a napi cia przemiennego znajduj cego si w module KL (4) Pos uguj c si multimetrem zmierzy i zapisa w tablicy napi cie wej ciowe przemienne (V AC ) (zakres pomiarowy ACV) oraz napi cie wyj ciowe sta e (V dc ) (zakres pomiarowy DCV). (5) Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy napi cie wej ciowe przemienne (V AC ), napi cie wyj ciowe sta e (V DC ) (oscyloskop ustawiony na typ sygna u wej ciowego sta y (DC)), oraz na wyprowadzeniu OUT (TP3) napi cie t tnie V r (oscyloskop ustawiony na typ sygna u wej ciowego przemienny (AC). Rys Prostownik jednopo ówkowy bez kondensatora filtruj cego 6

7 Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) B. Prostownik jednopo ówkowy z kondensatorem filtruj cym (1) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Do czy do uk adu potencjometr VR4 u ywaj c do tego celu przewodów. (2) Do wyprowadze wej ciowych TP1 i TP2 doprowadzi napi cie przemienne 9 V ze ród a napi cia przemiennego znajduj cego si w module KL Ustawi potencjometr VR4 (1 M ) na maksimum. (3) Pos uguj c si multimetrem zmierzy i zapisa w tablicy napi cie wej ciowe przemienne (V AC ) (zakres pomiarowy ACV) oraz napi cie wyj ciowe sta e (V dc ) (zakres pomiarowy DCV). (4) Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy napi cie wej ciowe przemienne (V AC ), napi cie wyj ciowe sta e (V DC ) (oscyloskop ustawiony na typ sygna u wej ciowego sta y (DC)), oraz na wyprowadzeniu OUT (TP3) napi cie t tnie V r (oscyloskop ustawiony na typ sygna u wej ciowego przemienny (AC). (5) Ustawi potencjometr VR4 (1 M ) na minimum, a nast pnie powtórzy kroki 3 i 4 niniejszej procedury. (6) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Po czenia te zmieniaj kondensator C6 (220 µf) na C5 (10 µf) oraz rezystor obci enia R na R7 (1 k ). (7) Powtórzy kroki 3 i 4 niniejszej procedury. 7

8 C6: 220 µf C5: 10 µf Rys Prostownik po ówkowy z kondensatorem filtruj cym Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) 8

9 Tablica PODSUMOWANIE Prostownik jednopo ówkowy z kondensatorem filtruj cym o du ej pojemno ci i rezystor obci enia o du ej warto ci powoduj zwi kszenie napi cia wyj ciowego u zmniejszenie napi cia t tnie. 9

10 wiczenie 2-2 Prostownik dwupo ówkowy PRZEDMIOT WICZENIA 1. Zrozumienie zasady dzia ania prostownika dwupo ówkowego. 2. Pomiar napi cia wyj ciowego i napi cia t tnie prostownika dwupo ówkowego. DYSKUSJA Prostownik dwupo ówkowy bez kondensatora filtruj cego Uk ad prostownika dwupo ówkowego przedstawiono na rys (a). Nale y zauwa y, e w uk adzie tym powienien by zastosowany transformator sieciowy z odczepem w rodku uzwojenia wtórnego i o napi ciach wyj ciowych Vac1 = Vac2. Rys Prostownik dwupo ówkowy bez kondensatora filtruj cego 10

11 Na rys (b) przedstawiono, napi cie wej ciowe Vac1 w trakcie pó okresu dodatniego. Poniewa górny biegun napi cia Vac1 jest dodatni, a dolny jego biegun jest ujemny, zatem dioda D1 b dzie przewodzi (spolaryzowana w kierunku przewodzenia), podczas gdy dioda D2 b dzie zatkana (spolaryzowana w kierunku zaporowym). Uk ad zast pczy przedstawiono na rys (c), przebieg napi cia wyj ciowego Vo pokazano na rys (d). Na rys (e) przedstawiono napi cie wej ciowe Vac2 w trakcie pó okresu ujemnego. Poniewa górny biegun napi cia Vac2 jest ujemny, a dolny jego biegun jest dodatni, zatem dioda D2 b dzie przewodzi, a dioda D1 b dzie zatkana. Uk ad zast pczy przestawiono na rys , w którym kierunek pr du p yn cego przez rezystancj R L jest taki sam jak w pó okresie dodatnim. Na rys (g) przedstawiono przebieg napi cia wyj- ciowego Vo. Prostownik dwupo ówkowy bez kondensatora filtruj cego Na rysunku przedstawiono prostownik dwupo ówkowy z transformatorem z odczepem w rodku uzwojenia wtórnego i z kondensatorem filtruj cym. Przebiegi napi cia wyj- ciowego i napi cia t tnie, które s podobne do przebiegów na wyj ciu prostownika jednopo ówkowego z kondensatorem filtruj cym przedyskutowano w wiczeniu 2-1. Podstawow ró nic tych uk adów jest to, e (1) napi cie wyj ciowe prostownika dwupo ówkowego jest wi ksze od napi cia wyj ciowego prostownika jednopo ówkowego oraz, e (2) napi cie t tnie prostownika dwupo ówkowego jest mniejsze od napi cia t tnie prostownika jednopo ówkowego. Rys Prostownik dwupo ówkowy bez kondensatora filtruj cego NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Oscyloskop 4. Multimetr 11

12 PROCEDURA A. Prostownik dwupo ówkowy bez kondensatora filtruj cego (1) Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok c. (2) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku (3) Do wyprowadze wej ciowych Vac1 i Va22 (odpowiednio TP1, GND (masa) i TP2) uk adu doprowadzi napi cie przemienne 9 V-0 V i 0 V-9 V ze ród a napi cia przemiennego znajduj cego si w module KL (4) Pos uguj c si multimetrem (ustawionym na zakres ACV) i oscyloskopem (ustawionym na typ sygna u AC) zmierzy napi cia Vca1 i Vca2 i zapisa je w tablicy (5) Pos uguj c si multimetrem ustawionym na zakres pomiarowy DCV (napi cie sta- e) i oscyloskopem z wybranym typem sygna u wej ciowego DC (sygna sta y) zmierzy napi cie na wyj ciu OUT (TP3); nast pnie oscyloskopem ustawionym na typ sygna u wej ciowego DC (sygna sta y) zmierzy napi cie V DC; poczym oscyloskopem ustawionym na typ sygna u wej ciowego AC (sygna przemienny) zmierzy napi cie t tnie. Wyniki pomiarów zapisa w tablicy Rys

13 Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) B. Prostownik dwupo ówkowy z kondensatorem filtruj cym (1) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Do czy do uk adu potencjometr VR4 u ywaj c do tego celu przewodów. (2) Do wyprowadze wej ciowych Vac1 i Vac2 (odpowiednio TP1, GND (masa) i TP2) uk adu doprowadzi napi cie przemienne 9 V-0 V i 0 V-9 V ze ród a napi cia przemiennego znajduj cego si w module KL (3) Pos uguj c si multimetrem ustawionym na zakres pomiarowy napi cia przemiennego (ACV) zmierzy napi cia wej ciowe Vac1 i Vac2, poczym prze czy go na zakres pomiarowy napi cia sta ego (DCV) i zmierzy napi cie na wyprowadzeniu OUT (wyj cie). Wyniki pomiarów zapisa w tablicy (4) Pos uguj c si oscyloskopem z ustawionym typem sygna u wej ciowego AC (sygna przemienny) zmierzy napi cia wej ciowe Vac1 i Vac2, a nast pnie oscyloskopem ustawionym na typ sygna u wej ciowego DC (sygna sta y) zmierzy napi cie V DC; poczym ponownie prze czy go na typ sygna u wej ciowego AC (sygna przemienny) i zmierzy napi cie t tnie. Wyniki pomiarów zapisa w tablicy (5) Ustawi potencjometr VR4 (1 M ) na minimum. Powtórzy kroki 3 i 4 niniejszej procedury. (6) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Po czenia te zmieniaj kondensator C6 (200 µf) na C5 (10 µf) oraz rezystor R na 1 k. 13

14 (7) Powtórzy kroki 3 i 4 niniejszej procedury. Rys Uk ad prostownika dwupo ówkowego z transformatorem sieciowym z odczepem na rodku uzwojenia wtórnego Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) 14

15 Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) Tablica PODSUMOWANIE Prostownik dwupo ówkowy z kondensatorem filtruj cym o du ej warto ci pojemno ci oraz rezystorem obci enia o du ej warto ci rezystancji charakteryzuje si w porównaniu z prostownikiem jednopo ówkowym wi kszym napi ciem wyj ciowym i mniejszym napi ciem t tnie. 15

16 wiczenie 2-3 Prostownik mostkowy PRZEDMIOT WICZENIA 1. Zrozumienie zasady dzia ania prostownika mostkowego. 2. Pomiar napi cia wyj ciowego i napi cia t tnie prostownika mostkowego. DYSKUSJA Uk ad prostownika mostkowego (z uk adem Graetza) przedstawiono na rys (a). Zastosowano w nim cztery diody prostownicze. W trakcie dodatniego pó okresu przemiennego napi cia wej ciowego (Vac) diody D1 i D2 przewodz, a diody D3 i D4 spolaryzowane wstecznie s zatkane. Na rys (b) przedstawiono uk ad zast pczy prostownika oraz przebieg napi cia wyj ciowego Vo. W trakcie ujemnego pó okresu przemiennego napi cia wej ciowego (Vac) diody D1 i D2 s zatkane, a diody D3 i D4 przewodz. Na rys (c) przedstawiono uk ad zast pczy oraz przebieg napi cia wyj ciowego Vo. (a) Uk ad prostownika mostkowego 16

17 (b) Uk ad zast pczy prostownika mostkowy w dodatnim pó okresie napi cia wej ciowego (c) Uk ad zast pczy prostownika mostkowego w ujemnym pó okresie napi cia wej ciowego Na rys przedstawiono uk ad prostownika mostkowego (Graetza) z filtrem pojemno- ciowym. Napi cia wyj ciowe i t tnie s identyczne jak w przypadku uk adu prostownika z transformatorem sieciowym z odczepem w rodku uzwojenia wtórnego i z kondensatorem filtruj cym, który omówiono w wiczeniu 2-2. Rys Uk ad prostownika mostkowego z kondensatorem filtruj cym NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Oscyloskop 4. Multimetr 17

18 PROCEDURA A. Prostownik mostkowy bez kondensatora filtruj cego (1) Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok c. (2) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku (3) Doprowadzi napi cie przemienne 18 V ze ród a napi cia przemiennego znajduj cego si w module KL do wej V AC cz c jedno wyprowadzenie napi cia 9 V do wyprowadzenia TP1, a drugie wyprowadzenie napi cia 9 V do wyprowadzenia TP2. (4) Pos uguj c si multimetrem (ustawionym na zakres ACV) zmierzy napi cie wej- ciowe V AC, poczym prze czy multimetr na zakres DCV i zmierzy napi cie sta e Vdc ma wyj ciu OUT. Wyniki pomiarów zapisa w tablicy (5) Pos uguj c si oscyloskopem z ustawionym typem sygna u wej ciowego AC (sygna przemienny) zmierzy napi cie Vac, a nast pnie oscyloskopem tym ustawionym na typ sygna u wej ciowego DC (sygna sta y) zmierzy napi cie wyj ciowe V DC; poczym ponownie prze czy oscyloskop na typ sygna u wej ciowego AC (sygna przemienny) i zmierzy napi cie t tnie Vr na wyj ciu OUT. Wyniki pomiarów zapisa w tablicy Rys Uk ad prostownika mostkowego 18

19 Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) B. Prostownik mostkowy z kondensatorem filtruj cym (1) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Do czy do uk adu potencjometr VR4 u ywaj c do tego celu przewodów. (2) Doprowadzi napi cie przemienne 18 V ze ród a napi cia przemiennego znajduj cego si w module KL do wej V AC cz c jedno wyprowadzenie napi cia 9 V do wyprowadzenia TP1, a drugie wyprowadzenie napi cia 9 V do wyprowadzenia TP2. Ustawi potencjometr VR4 (1 M ) na maksimum. (4) Pos uguj c si multimetrem (ustawionym na zakres ACV) zmierzy napi cie wej- ciowe V AC, poczym prze czy multimetr na zakres DCV i zmierzy napi cie sta e Vdc ma wyj ciu OUT. Wyniki pomiarów zapisa w tablicy (5) Pos uguj c si oscyloskopem z ustawionym typem sygna u wej ciowego AC (sygna przemienny) zmierzy napi cie Vac, a nast pnie oscyloskopem tym ustawionym na typ sygna u wej ciowego DC (sygna sta y) zmierzy napi cie wyj ciowe V DC; poczym ponownie prze czy oscyloskop na typ sygna u wej ciowego AC (sygna przemienny) i zmierzy napi cie t tnie Vr na wyj ciu OUT. Wyniki pomiarów zapisa w tablicy (5) Ustawi potencjometr VR4 (1 M ) na minimum. Powtórzy kroki 3 i 4 niniejszej procedury. (6) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Po czenia te zmieniaj kondensator C7 (100 µf) na C5 (10 µf) oraz rezystor R na 1 k. 19

20 (7) Powtórzy kroki 3 i 4 niniejszej procedury. Rys Prostownik mostkowy z kondensatorem filtruj cym Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) 20

21 Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) Tablica PODSUMOWANIE Prostownik mostkowy z kondensatorem filtruj cym o du ej warto ci pojemno ci oraz rezystorem obci enia o du ej warto ci rezystancji charakteryzuje si w porównaniu z prostownikiem jednopo ówkowy i dwupo ówkowy wi kszym napi ciem wyj ciowym i mniejszym napi ciem t tnie. 21

22 wiczenie 2-4 Prostownik z wyj ciem symetrycznym PRZEDMIOT WICZENIA 1. Zrozumienie zasady dzia ania prostownika z napi ciem wyj ciowym symetrycznym. 2. Pomiar napi cia wyj ciowego i napi cia t tnie prostownika z napi ciem wyj ciowym symetrycznym. DYSKUSJA Na rys (a) przedstawiono uk ad prostownika z wyj ciem napi cia symetrycznego, a którym zastosowano transformator sieciowy z odczepem w rodku uzwojenia wtórnego oraz cztery diody prostownicze. Rys Zasada dzia ania prostownika z napi ciem wyj ciowym symetrycznym Na rys (b) przedstawiono przebiegi napi wej ciowych Vac1 i Vac2 w trakcie dodatniego pó okresu. Diody D1 i D2 spolaryzowane w kierunku przewodzenia przewodz, a diody D3 i D4 spolaryzowane wstecznie s zatkane. Uk ad zast pczy i p tl pr dow przedstawiono na rys (c). Kondensatory C1 i C2 s adowane pr dem 22

23 i1 i odpowiednio i2, czego wynikiem jest dodatnie napi cie wyj ciowe Vo1 na kondensatorze C1 i ujemne napi cie wyj ciowe Vo2 na kondensatorze C2. W trakcie ujemnego pó okresu diody D3 i D4 spolaryzowane w kierunku przewodzenia przewodz, a diody D1 i D2 spolaryzowane wstecznie s zatkane. Na rys (d) przedstawiono uk ad zast pczy i p tl pr dow. Kondensatory C1 i C2 s adowane pr dem i3 i odpowiednio i4, w tej samej p tli adowania, w której p yn pr dy i1 i i2, czego efektem jest ta sama polaryzacja napi cia wyj ciowego jak w pó okresie dodatnim. To znaczy, e na kondensatorze C1 wyst pi dodatnie napi cie wyj ciowe Vo1, a na kondensatorze C2 ujemne napi cie wyj ciowe Vo2. NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Oscyloskop 4. Multimetr PROCEDURA (1) Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok c. (2) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku (2) Do wyprowadze wej ciowych Vac1 i Vac2 (odpowiednio TP1, GND (masa) i TP2) uk adu doprowadzi napi cia przemienne 9 V-0 V i 0 V-9 V ze ród a napi cia przemiennego znajduj cego si w module KL (3) Pos uguj c si multimetrem ustawionym na zakres pomiarowy napi cia przemiennego (ACV) zmierzy napi cia wej ciowe Vac1 i Vac2, poczym prze czy multimetr ten na zakres pomiarowy napi cia sta ego (DCV) i zmierzy wyj ciowe napi cia sta e Vdc1=V C7 i Vdc2=V C8. Wyniki pomiarów zapisa w tablicy

24 (5) Pos uguj c si oscyloskopem z ustawionym typem sygna u wej ciowego AC (sygna przemienny) zmierzy napi cia Vac1 i Vac2, poczym prze czy oscyloskop na typ sygna u wej ciowego DC (sygna sta y) zmierzy napi cia wyj ciowe sta e Vdc1=V C7 i Vdc2=V C8. Wyniki pomiarów zapisa w tablicy Rys Uk ad prostownika z symetryczny napi ciem wyj ciowym Rys Schemat monta owy (modu KL blok c) Tablica

25 PODSUMOWANIE Prostownik z wyj ciem symetrycznym jest aplikacj prostownik dwupo ówkowego. Uk ad tego prostownika dostarcza dwóch sta ych napi wyj ciowych o takiej samej warto ci, lecz o przeciwnej polaryzacji. Stosuje si go szeroko w uk adach zasilaczy napi cia sta ego i do zasilania wzmacniaczy operacyjnych oraz wzmacniaczy bez kondensatora wyj ciowego (OCL). 25

26 wiczenie 2-5 Uk ad podwajania napi cia PRZEDMIOT WICZENIA 1. Zrozumienie zasady dzia ania uk adów podwajania i powielania napi cia. 2. Pomiar napi cia wyj ciowego i wej ciowego uk adu podwajaj cego napi cie oraz uk adu powielacza napi cia. DYSKUSJA Prostowniki z podwajaniem napi cia mo na podzieli na prostowniki dwupo ówkowe z podwajaniem napi cia i prostowniki jednopo ówkowe z podwajaniem napi cia. Prostownik jednopo ówkowy z podwajaniem napi cia mo na dalej rozszerzy tworz c powielacz napi cia. Prostownik dwupo ówkowy z podwajaniem napi cia Dwupo ówkowy prostownik z podwajaniem napi cia przedstawiono na rys Na rys (a) przedstawiono przemienne napi cie wej ciowe Vac w trakcie dodatniego pó okresu. Dioda D1 spolaryzowana w kierunku przewodzenia przewodzi, a dioda D2 spolaryzowana wstecznie jest zatkana. Uk ad zast pczy przedstawiono na rys (b). Kondensator C1 aduje si do warto ci szczytowej Vm napi cia przemiennego Vac, przy czym jego polaryzacj zaznaczono na kondensatorze C1. Napi cie wyj- ciowe V DC1 przedstawiono na rys (c). 2. Na rys (d) przedstawiono przemienne napi cie wej ciowe Vac w trakcie ujemnego pó okresu. Dioda D2 przewodzi spolaryzowana w kierunku przewodzenia, a dioda D1 spolaryzowana wstecznie jest zatkana. Uk ad zast pczy przedstawiono na rys (e). Kondensator C2 aduje si do warto ci szczytowej Vm napi cia przemiennego Vac, przy czym jego polaryzacj zaznaczono na kondensatorze C2. Napi cie wyj- ciowe V DC2 przedstawiono na rys (f). 3. Vwy = V DC1 + V DC2 = 2 Vm = 2( 2 Vrms), przy czym kszta t przebiegu tego napi cia przedstawiono na rys (g). 26

27 Rys Uk ad dwupo ówkowego podwajania napi cia (a) Dodatni pó okres napi cia przemiennego V AC1 (b) Uk ad zast pczy (dodatni pó okres napi cia) (c) Napi cie V DC1 (d) Ujemny pó okres napi cia V AC1 27

28 (e) Uk ad zast pczy (ujemny pó okres napi cia) (f) Napi cie V DC2 (g) Napi cie wyj ciowe V wy Rys Zasada dzia ania uk adu dwupo ówkowego podwajania napi cia Prostownik jednopo ówkowy z podwajaniem napi cia Na rys przedstawiono prostownika jednopo ówkowy z podwajaniem napi cia. 1. Na rys (a) przedstawiono przemienne napi cie wej ciowe Vac w trakcie ujemnego pó okresu. Dioda D1 spolaryzowana w kierunku przewodzenia przewodzi, a dioda D2 spolaryzowana wstecznie jest zatkana. Uk ad zast pczy przedstawiono na rys (b). Kondensator C1 aduje si do warto ci szczytowej Vm napi cia przemiennego Vac, przy czym jego polaryzacj zaznaczono na kondensatorze C1. 2. Na rys (c) przedstawiono przemienne napi cie wej ciowe Vac w trakcie dodatniego pó okresu. Dioda D2 spolaryzowana w kierunku przewodzenia przewodzi, a dioda D1 spolaryzowana wstecznie jest zatkana. Uk ad zast pczy przedstawiono na rys (d). Kondensator C2 aduje si do warto ci szczytowej równej 2Vm. 3. Vwy = Vc2 = 2Vm (gdy R2 ma warto maksymaln ), przy czym przebieg tego napi cia przedstawiono na rys (e). 28

29 Rys Uk ad prostownika jednopo ówkowego z podwajaniem napi cia (a) Ujemny pó okres napi cia V AC1 (b) Uk ad zast pczy (pó okres ujemny) (c) Dodatni pó okres napi cia V AC2 (d) Uk ad zast pczy (pó okres dodatni) (e) Napi cie wyj ciowe V wy Rys Zasada dzia ania prostownika dwupo ówkowego z podwajaniem napi cia 29

30 Powielacz napi cia Prostownik z powielaniem napi cia przedstawiono na rys Uk ad ten jest rozszerzeniem prostownika jednopo ówkowego z podwajaniem napi cia i pracuje na tej samej zasadzie, co ten prostownik. Napi cie wyj ciowe prostownika i jego polaryzacj przedstawiono na rys Rys Powielacz napi cia NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Oscyloskop 4. Multimetr PROCEDURA (1) Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok b. (2) Wykona po czenia pos uguj c si rysunkiem uk adu pomiarowego i schematem monta owym przedstawionym na rysunku (3) Do wyprowadze wej ciowych Vac doprowadzi napi cie przemienne 9 V ze ród a napi cia przemiennego znajduj cego si w module KL Ustawi potencjometr R6 (50 k ) na maksimum. 30

31 (4) Pos uguj c si multimetrem zmierzy i zapisa w tablicy napi cie wej ciowe przemienne V AC (zakres pomiarowy ACV) oraz napi cia wyj ciowe sta e Vc1, Vc2, Vc3 i Vc4 (zakres pomiarowy DCV). (5) Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy napi cie wej ciowe przemienne V AC, napi cia wyj ciowe sta e Vc1, Vc2, Vc3 i Vc4 (oscyloskop ustawiony na typ sygna u wej ciowego sta y (DC). (6) Ustawi potencjometr R6 (50 k ) na minimum. Powtórzy kroki 4 i 5 niniejszej procedury. Rys Powielacz napi cia Rys blok b Rys Schemat monta owy (modu KL blok b) 31

32 PODSUMOWANIE Prostownik z podwajaniem napi cia jest aplikacj prostownika jednopo ówkowego. Prostownik taki mo e za pomoc dwóch diod i dwóch kondensatorów dostarczy napi cie sta e b d ce podwojon warto ci szczytow przemiennego napi cia wej ciowego równ 2Em. Powielacz napi cia wykorzystuj cy koncepcj drabinkow poszerza mo liwo ci uk adu podwajania napi cia, dostarczaj c przy N stopniach ca kowite napi cie równe Nem. 32

33 Rozdzia 4 Uk ady ró niczkuj ce i ca kuj ce wiczenie 4-1 Uk ad RC PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie budowy i zasady dzia ania uk adu RC. 2. Zmierzenie przebiegu adowania i roz adowania w uk adzie RC. DYSKUSJA Sta a czasu RC Jak przedstawiono na rys , gdy prze cznik uk adu zostanie ustawiony w pozycji "b", to kondensator C b dzie adowa si ; natomiast, gdy prze cznik ten ustawi si w pozycji "a", to kondensator C b dzie si roz adowywa. Przebiegi napi cia i pr du adowania w funkcji czasu przedstawiono na rys (b), a na rys (b) przebiegi napi cia i pr du roz adowania równie w funkcji czasu. Warto T(s) = R( ) x C(F) nazywa si sta czasu. Rys Uk ad adowania RC 33

34 Rys Uk ad roz adowania RC Zasad dzia ania uk adu ró niczkuj cego i ca kuj cego mo na przedstawi w dwóch aspektach. 1. Jak przedstawiono na rys (a), gdy prze cznik ustawi si w pozycji "b", to kondensator C b dzie si adowa, a napi cie Vc b dzie stopniowo rosn. Poniewa E = V R + Vc, zatem V R b dzie stopniowo rosn, a Ic = I R b dzie stopniowo male. Zmiany napi Vc i V R oraz pr du Ic mo na przedstawi na wykresach pokazanych na rys (b). Mo na je te wyrazi poni szymi równaniami: Z rys (b) mo na wywnioskowa, e po up ywie czasu równego jednej sta ej czasowej (1T), napi cie Vc wzro nie do 63,2% E, V R wzro nie do 36,8% E, a Ic zmniejszy si do 36,8% E/R. Po up ywie czasu równego pi ciu sta ym czasowym (5T) napi cie Vc=E x 99,3% E (typowo T = 5RC wynika zatem st d, e jest to czas potrzebny do pe nego na adowania kondensatora C), a V R = E - Vc = E x 0,7% 0. 34

35 2. Jak przedstawiono na rys (b), gdy prze cznik ustawi si w pozycji "a", to kondensator C b dzie si roz adowywa, a napi cie Vc b dzie stopniowo male. Gdy napi cie V R = Vc (polaryzacja napi cia V R b dzie przeciwna do polaryzacji napi cia na roz adowywanym kondensatorze), to napi cie V R b dzie stopniowo male. W trakcie adowania si kondensatora C b dzie te stopniowo male do zera pr d Ic (Vc b dzie si zmniejsza ). Zmiany napi Vc, V R i pr du Ic mo na przedstawi na wykresach pokazanych na rys (b). Mo na je te wyrazi poni szymi równaniami: Na rys (b) mo na zauwa y, e po up ywie czasu T = 5RC, wszystkie wielko ci: Vc, V R i Ic zbli si do zera, co odpowiada zako czeniu procesu roz adowywania. NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Oscyloskop 4. Multimetr PROCEDURA 1. Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok d. 2. Wykona po czenia pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Ustawi potencjometr VR3 na maksimum. Do wyprowadzenia wyj ciowego OUT do czy oscyloskop (z ustawionym typem sygna u wej ciowego na DC sygna sta y) lub multimetr (z wybranym podzakresem pomiarowym napi cia sta ego DCV). W czy zasilanie. Zmierzy i zapisa w tablicy 4-1-1(a) zmiany napi cia na kondensatorze Vc. 35

36 4. Przenie wtyk mostkuj cy (zwor ) z po o enia b do a, jak to przedstawiono na rys Ustawi potencjometr VR3 na minimum. Zmierzy i zapisa w tablicy (b) zmiany napi cia na kondensatorze Vc. 5. Ustawi potencjometr VR3 na maksimum. Wykona po czenia zgodnie ze schematem monta owym przedstawionym na rysunku Powoduje to zmian kondensatora C11 (1 µf) na C12 (100 µf). Zmierzy i zapisa w tablicy 4-1-1(c) zmiany napi cia na kondensatorze Vc. 6. Przenie wtyk mostkuj cy (zwor ) z po o enia b do a, jak to przedstawiono na rys Zmierzy i zapisa w tablicy 4-1-1(d) zmiany napi cia na kondensatorze Vc. Rys Rys Schemat monta owy (modu KL blok d) 36

37 Rys Schemat monta owy (modu KL blok d) Rys Schemat monta owy (modu KL blok d) 37

38 Tablica PODSUMOWANIE W niniejszym wiczeniu sporz dzono krzywe adowania i roz adowania kondensatora C w uk adzie RC. Gdy kondensator C jest adowany do napi cie na nim ro nie wyk adniczo, gdy za kondensator te jest roz adowywany, to napi cie na nim maleje równie wyk adniczo. Proces ten zale y od warto ci sta ej czasu RC. W praktyce, gdy sta a czasowa adowania lub roz adowania jest równa 5RC, to napi cie na kondensatorze jest równe przy o onemu napi ciu lub odpowiednio zeru. 38

39 wiczenie 4-2 Uk ad ró niczkuj cy PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania uk adu ró niczkuj cego. 2. Zmierzenie przebiegów wyj ciowych dla ró nych sygna ów wej ciowych i cz stotliwo- ci tych sygna ów. DYSKUSJA Uk ad ró niczkuj cy przedstawiono na rys (a). Napi cie wyj ciowe jest pobierane z wyprowadze rezystora R. Uk ad ma w a ciwo ci ró niczkuj ce. Na przyk ad, je li do wyprowadze wej ciowych uk adu z rys (a) jest doprowadzany sygna prostok tny, to na jego wyj ciu otrzymuje si przebieg Vo przedstawiony na rys (b). Zmiana kszta tu przebiegu wyj ciowego b dzie zale e od wielko ci sta ej czasu T=RC. Rys Uk ad ró niczkuj cy z doprowadzonym do jego wej cia przebiegiem prostok tnym Uk ad ró niczkuj cy z doprowadzonym do jego wej cia przebiegiem prostok tnym Je li sygna sinusoidalny jest doprowadzony tak jak na rys (a), to przebieg wyj ciowy si nie zmieni, jednak jego amplituda b dzie mniejsza ni napi cia wej ciowego, i wyprzedzi w fazie przebieg wej ciowy o. Przebieg wyj ciowy jest przedstawiony na rys (c). Pos uguj c si regu dzielnika napi ciowego, mo na wyprowadzi poni sze zale no ci: 39

40 Poniewa zatem, gdy f, to X C i V R staje si wi ksze; w przeciwnym wypadku, gdy f, to X C i V R staje si mniejsze. Uk ad ró niczkuj cy jest st d nazywany uk adem górnoprzepustowym (sygna z zakresu dolnych cz stotliwo ci b dzie t umiony). Uk ad ró niczkuj cy z doprowadzonym do jego wej cia przebiegiem niesinusoidalnym Je li sygna prostok tny jest doprowadzany jak na rys (a), to otrzymany przebieg wyj ciowy ma kszta t przedstawiony na rys (b). Poniewa sta e czasowe RC s ró ne, to przebiegi po zró niczkowaniu te b d si ró ni. Przedstawiono je na rysunku. Je li T = RC > 1/10 t H (t H przedstawia po ow okresu sygna u prostok tnego), to efekt operacji ró niczkowania nie b dzie zauwa alny, a przebieg wyj ciowy b dzie podobny do wej ciowego. NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Oscyloskop 4. Multimetr 40

41 PROCEDURA 1. Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok d. 2. Wykona po czenia pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Do czy do uk adu za pomoc przewodów potencjometr VR3. 3. Do wyprowadze wej ciowych IN doprowadzi sygna prostok tny o napi ciu mi dzyszczytowym 20 Vp-p i cz stotliwo ci 1 khz. t H (pó okres) = (1/2) (1/f) = (1/2) (1/1 khz) = 0,5 ms. 4. Ustawi potencjometr VR3 na 1 k tak, aby RC = t H /5 = 0,5/5 = 0,1 ms. (T = VR3 x C9 = 1 k x 0,1 µf = 0,1 ms). 5. Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy przebieg napi cia wyj ciowego V R (na potencjometrze VR3) na wyj ciu OUT. 6. Ustawi potencjometr VR3 tak, aby T = t H /10 = 0,5/10 = 0,05 ms. Powtórzy krok Ustawi potencjometr VR3 tak, aby T = 10 t H = 10 x 0,5 = 5 ms. Powtórzy krok Ustawia potencjometr VR3 (100 k ) w dowolnie wybranych pozycjach i obserwowa, jak przebieg wyj ciowy b dzie wygl da (zmienia si ) przy ró nych warto- ciach sta ych czasowych. 9. Do wyprowadze wej ciowych IN doprowadzi sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 10 Vp-p i cz stotliwo ci 1 khz. 10. Powtórzy kroki od 4 do 7 niniejszej procedury, a wyniki zapisa w tablicy Losowo regulowa cz stotliwo sygna u wej ciowego (utrzymywa amplitud sygna u na sta ym poziomie), poczym obserwowa jak zmienia si amplituda sygna u wyj ciowego przy zmianach cz stotliwo ci sygna u wej ciowego. 41

42 Rys Uk ad ró niczkuj cy RC Rys Schemat monta owy (modu KL blok d) Tablica Sygna wej ciowy prostok tny 42

43 Tablica Sygna wej ciowy sinusoidalny PODSUMOWANIE Uk ad ró niczkuj cy dzia a jak filtr górnoprzepustowy. Gdy do wej cia uk adu ró niczkuj cego doprowadzi si sygna sinusoidalny, to im b dzie wi ksza jego cz stotliwo, tym wi ksza b dzie amplituda na wyj ciu. Z drugiej strony, gdy cz stotliwo sygna u wej- ciowego b dzie mniejsza, to mniejsza b dzie amplituda. 43

44 wiczenie 4-3 Uk ad ca kuj cy PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania uk adu ca kuj cego. 2. Zmierzenie przebiegów wyj ciowych dla ró nych sygna ów wej ciowych i cz stotliwo- ci tych sygna ów. DYSKUSJA Uk ad ca kuj cy przedstawiono na rys (a). W uk adzie tym napi cie wyj ciowe jest pobierane z wyprowadze kondensatora C. Uk ad ma w asno ci ca kuj ce Na przyk ad, gdy do wej cia uk adu przedstawionego na rys (a) doprowadzi si sygna prostok tny, to przebieg na wyj ciu tego uk adu b dzie mia kszta t jak na rys (b). Zmiany przebiegu wyj ciowego b d zale e od wielko ci sta ej czasowej T=RC. Rys Uk ad ca kuj cy z doprowadzonym do jego wej cia sygna em prostok tnym Uk ad ca kuj cy przy doprowadzonym do jego wej cia sygnale sinusoidalnego Je li do wej cia uk adu przedstawionego na rys (a) zostanie doprowadzony sygna sinusoidalny, to jego przebieg na wyj ciu tego uk adu nie ulegnie zmianie, cho jego amplituda b dzie mniejsza od amplitudy napi cia wej ciowego, a ponadto sygna wyj ciowy opó ni si w stosunku do sygna u wej ciowego o k t. Zgodnie z regu dzielnika napi ciowego mo na wyprowadzi poni sze wzory: 44

45 Poniewa, zatem, gdy f, to X C i V C staje si wi ksze, z drugiej strony, gdy f, to X C i V C staje si mniejsze. St d te uk ad ca kuj cy jest te nazywany filtrem dolnoprzepustowym (t umi sygna y o wysokich cz stotliwo ciach). Uk ad ca kuj cy przy doprowadzonym do jego wej cia sygnale niesinusoidalnym Je li do wej cia uk adu przedstawionego na rys (a) zostanie doprowadzony sygna prostok tny, to sygna na jego wyj ciu b dzie mia ma przebieg przedstawiony na rys (b). Poniewa sta e czasowe RC s ró ne, to przebiegi po sca kowaniu te b d si ró ni. Przedstawiono je na rysunku. Je li sta a czasowa jest równa T = RC < 1/10 t H, to efekt wykonania operacji ca kowania nie b dzie widoczny, a przebieg wyj ciowy b dzie podobny do przebiegu wej ciowego. NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Oscyloskop 4. Multimetr PROCEDURA 1. Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok d. 2. Wykona po czenia pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Do czy do uk adu za pomoc przewodów potencjometr VR3. 45

46 3. Do wyprowadze wej ciowych IN doprowadzi sygna prostok tny o napi ciu mi dzyszczytowym 10 Vp-p i cz stotliwo ci 1 khz. t H (pó okres) = (1/2) (1/f) = (1/2) (1/1 khz) = 0,5 ms. 4. Ustawi potencjometr VR3 (100 k ) na 1 k tak, aby sta a czasowa T = RC = t H /5 = 0,1 ms. (T = VR3 x C10 = 1 k x 0,1 µf = 0,1 ms). 5. Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy przebieg napi cia wyj ciowego V C (na kondensatorze C10) na wyj ciu OUT. 6. Ustawi potencjometr VR3 tak, aby T = t H /10 = 0,5/10 = 0,05 ms. Powtórzy krok Ustawi potencjometr VR3 tak, aby T = 10 t H = 10 x 0,5 = 5 ms. Powtórzy krok Ustawia potencjometr VR3 (100 k ) w dowolnie wybranych pozycjach i obserwowa, jak przebieg wyj ciowy b dzie wygl da (zmienia si ) przy ró nych warto- ciach sta ych czasowych. 9. Do wyprowadze wej ciowych IN doprowadzi sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 10 Vp-p i cz stotliwo ci 1 khz. 10. Powtórzy kroki od 4 do 7 niniejszej procedury, a wyniki zapisa w tablicy Losowo regulowa cz stotliwo sygna u wej ciowego (utrzymuj c amplitud sygna u na sta ym poziomie), poczym obserwowa jak zmienia si amplituda sygna u wyj ciowego przy zmianach cz stotliwo ci sygna u wej ciowego. Rys Uk ad ca kuj cy 46

47 Rys Schemat monta owy (modu KL blok d) Tablica Sygna wej ciowy prostok tny 47

48 Tablica Sygna wej ciowy sinusoidalny PODSUMOWANIE Uk ad ca kuj cy dzia a z natury jak uk ad filtru dolnoprzepustowego. Gdy do jego wej cia s doprowadzone sygna y sinusoidalne to, sygna y wyj ciowe o cz stotliwo ciach mniejszych b d mia y wi ksz amplitud, a sygna y wyj ciowe o cz stotliwo ciach wi kszych amplitud mniejsz. 48

49 wiczenie 4-4 Uk ad RL PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie zasady dzia ania uk adu RL. 2. Zmierzenie przebiegów wyj ciowych dla ró nych sygna ów wej ciowych i sta ych czasowych tych sygna ów. DYSKUSJA Je li prze cznik zostanie ustawiony w pozycji "b" jak to przedstawiono na rys (a), to w cewce o indukcyjno ci L zaindukuje si si a elektromotoryczna o zwrocie przeciwnym do kierunku pr du przep ywaj cego przez t indukcyjno. Rys Uk ad RL Ta si a elektromotoryczna b dzie równa: Do rozwi zania powy szego równania, mo emy u y rachunku ró niczkowego. Jako wynik otrzymamy wtedy: gdzie wielko T = L/R jest nazywana sta czasu i jest wyra ana w sekundach (s). Przebieg krzywej i L (t) tj. pr du p yn cego przez indukcyjno w funkcji czasu t przedstawiono na rys (b). 49

50 Na rysunku tym przedstawiono te przebieg zmian napi cia na indukcyjno ci V L w funkcji czasu t. (Odpowiada ona krzywej dla uk adu ró niczkuj cego RC.) Na rys (b) przedstawiono te przebieg napi cia na rezystancji R. Z równa (4-4-1), (4-4-2), (4-4-3) i rys (b) mo na wysnu wniosek, e: i L osi ga swoj warto maksymaln w czasie równym t = 5T = 5(L/R); z drugiej strony V L osi ga zero po up ywie czasu t = 5T. Jak wida dzia anie tego uk adu jest podobne do uk adu ró niczkuj cego. Podobnie jak a powy szym przypadku, gdy do uk adu przedstawionego na rys (a) zostanie doprowadzony sygna sinusoidalny lub prostok tny, to przebieg sygna u wyj- ciowego b dzie podobny do uzyskiwanego za pomoc uk adu ró niczkuj cego RC. Jedyn ró nic jest to, e w uk adzie ró niczkuj cym RC sygna wyj ciowy jest wyprowadzany z napi cia V R, a nie V L jak to ma miejsce w uk adzie ró niczkuj cym RL, a ponadto Xc = 1/(2 fc), X L = 2 fl. Rys Uk ad ró niczkuj cy RL z doprowadzonym do jego wej cia sygna em prostok tnym. 50

51 NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Oscyloskop 4. Multimetr PROCEDURA 1. Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok d. 2. Wykona po czenia pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys (a) i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Do czy do uk adu za pomoc przewodów potencjometr VR1. 3. Do wyprowadze wej ciowych IN doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL sygna prostok tny o napi ciu mi dzyszczytowym 10 Vp-p i cz stotliwo ci 1 khz. 4. Ustawi potencjometr VR1 (1 k ) na maksimum. 5. Pos uguj c si oscyloskopem zmierzy i zapisa w tablicy 4-4-1(a) przebieg napi cia wyj ciowego V L na wyj ciu OUT. 6. Ustawi potencjometr VR1 (1 k ) na minimum. 7. Powtórzy krok 5 niniejszej procedury i zapisa wyniki w tablicy 4-4-1(b) 8. Porówna dane z tablicy z danymi z tablicy i na podstawie tych danych oceni czy uk ad RL z rys (a) mo na uzna za funkcjonalnie podobny do uk adu ró niczkuj cego, czy te do uk adu ca kuj cego, 9. Wykona po czenia pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys (b) i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Do czy do uk adu za pomoc przewodów potencjometr VR1. 51

52 10. Do wyprowadze wej ciowych IN doprowadzi z generatora funkcyjnego znajduj cego si w module KL sygna sinusoidalny o napi ciu mi dzyszczytowym 10 Vp-p i cz stotliwo ci 1 khz. 11. Powtórzy kroki od 4 do 7 niniejszej procedury, a wyniki zapisa w tablicy Losowo regulowa cz stotliwo sygna u wej ciowego (utrzymuj c amplitud sygna u na sta ym poziomie), poczym obserwowa jak zmienia si amplituda sygna u wyj ciowego przy zmianach cz stotliwo ci sygna u wej ciowego. Rys Uk ad RL Rys Schemat monta owy (modu KL blok d) 52

53 Rys Schemat monta owy (modu KL blok d) Tablica Sygna wej ciowy prostok tny 53

54 Tablica Sygna wej ciowy sinusoidalny PODSUMOWANIE Uk ad RL jest wykorzystywany jako uk ad ró niczkuj cy. Gdy do wej cia tego uk adu zostanie doprowadzony sygna prostok tny, do kszta t napi cia wyj ciowego zmieni si znacznie. Dotyczy to brzegów zboczy narastaj cych i opadaj cych sygna u prostok tnego. Gdy natomiast do wej cia uk adu RL doprowadzi si sygna sinusoidalny, to przebieg napi cia wyj ciowego pozostanie niezmieniony. 54

55 Rozdzia 5 W asno ci tranzystora wiczenie 5-1 Podstawowe w asno ci tranzystora PRZEDMIOT WICZENIA 1. Poznanie podstawowych w asno ci tranzystora. 2. Wyznaczenie pr dów tranzystorów typu n-p-n i p-n-p. DYSKUSJA Pr d, który p ynie przez wyprowadzenia kolektora (C) i emitera (E) tranzystora zmienia si zale nie od wielko ci pr du bazy Ib. Innymi s owy, pr d bazy Ib steruje "wewn trznym rezystorem", którym jest obszar kolektor-emiter. Tranzystor jest z gruntu "rezystorem transferuj cym", który mo e przenosi wielko sygna u wej ciowego na wielko rezystancji tego rezystora wewn trznego. St d te tranzystor jest po czeniem s ów "transfer" i "rezystor". Struktury tranzystorów Wi kszo produkowanych tranzystorów mo na zaliczy do jednej z dwóch g ównych grup p-n-p i n-p-n. Na rysunkach 5-1-1(a) i (b) przedstawiono schematy struktur tranzystorów odpowiednio typu p-n-p i n-p-n. Symbole E (emiter), B (baza) i C (kolektor) oznaczaj trzy wyprowadzenia tranzystora. Rys Schemat struktury tranzystora 55

56 W asno ci tranzystorów Jak przedstawiono na rys (a), gdy mi dzy wyprowadzenia E i B tranzystora przy o y si napi cie V BE polaryzuj ce jego z cze E-B w kierunku przewodzenia (obszary p i n pó przewodnika maj odpowiednio polaryzacj dodatni i ujemn ), i gdy napi cie to (V BE ) osi gnie warto progow (równ 0,6 V dla tranzystora krzemowego, a 0,2 dla germanowego), to mi dzy emiterem E a baz B pop ynie pr d przewodzenia bazy I B. Jak przedstawiono z kolei na rys (b), gdy z cze B-C tranzystora zostanie spolaryzowane w kierunku zaporowym (obszary p i n pó przewodnika maj odpowiednio polaryzacj ujemn i dodatni ), to przez z cze B-C tranzystora nie pop ynie aden pr d (w rzeczywisto ci pop ynie wsteczny pr d up ywowy, który jest tak ma y, e mo na go pomin ), a pr d I C, który p ynie przez wyprowadzenie kolektora C b dzie równy zero. Je li tranzystor zostanie spolaryzowany przez odpowiednie po czenie napi polaryzuj cych z rysunków 5-1-2(a) i (b) w uk ad przedstawiony na rys (c) lub 5-1-2(d), to pomimo odwrotnej polaryzacji mi dzy B a C (jak pokazano na rys (d), napi cie V CB = V CC - V BE, V CC >> V BE ; napi cie V CB te b dzie mia o polaryzacj wsteczn ), a w zwi zku z spolaryzowaniem z cza E-B w kierunku przewodzenia, pop ynie znaczny pr d I C. Zale no I C = I B (w której jest wspó czynnikiem wzmocnienia pr dowego) opisuje zale no mi dzy pr dem I C a I B. Dlaczego pr d I B jest du o mniejszy od I C? Wynika to z tego, e obszar bazy tranzystora jest bardzo w ski i z ma ilo ci domieszek. Napi cie V BE b dzie sterowa przep ywem elektronów w obszarze emitera E (tranzystor typu n-p-n), tak aby du a ich liczba wesz a do obszaru bazy. Baza jest w ska, zatem tylko ma a liczba elektronów mo e rekombinowa z dziurami i porusza si w kierunku B, podczas gdy wi kszo elektronów b dzie porusza si w kierunku z cza B-C. To zjawisko w po czeniu z wy szym napi ciem (V BC lub V CC ) przy o onym do kolektora (C) b dzie generowa pr d Ic o znacznej warto ci. Jak to przedstawiono na rysunkach 5-1-2(c) i (d) mo na zauwa y, e I E = I B + I c. Podobnie, je li napi cia polaryzuj ce s przy o one do tranzystora p-n-p (jak to przedstawiono na rys ), to tranzystor ten b dzie dzia a tak samo jak tranzystor n-pn. Zale no mi dzy pr dami I E, I B i I C jest nast puj ca: I E = I B + I C. I C = I B Gdzie jest wspó czynnikiem wzmocnienia tranzystora pracuj cego w konfiguracji CE, = I C /I B. Warto mo e by podana w danych technicznych tranzystora, mo na j te wyznaczy do wiadczalnie. Inny wspó czynnik wzmocnienia = I C /I E = /(1+ ) 56

57 Rys Metoda polaryzowania tranzystora n-p-n Rys Metoda polaryzowania tranzystora p-n-p Symbole tranzystorów Na rys przedstawiono symbole tranzystorów. Maj one nast puj ce znaczenie 1. S u ywane po to, aby mo na by o odró ni typ tranzystora n-p-n od p-n-p. Strza ka skierowana na zewn trz symbolu tranzystora oznacza typ n-p-n, a strza ka skierowana do wewn trz typ p-n-p. 57

58 2. Emiter tranzystora jest oznaczony strza k, przeciwie stwie do kolektora, który strza k oznaczony nie jest. 3. Strza ki u ywa si, aby wskaza kierunek pr du emitera. Rys Symbole tranzystorów n-p-n i p-n-p Podstawowe uk ady tranzystora Na rysunkach (a) i (b) przedstawiono napi cia polaryzuj ce oraz kierunki pr dów bazy i kolektora w uk adach podstawowych tranzystorów n-p-n i p-n-p. Rys Podstawowe uk ady polaryzacji tranzystorów NIEZB DNY SPRZ T LABORATORYJNY 1. KL podstawowy modu edukacyjny z laboratorium uk adów elektrycznych 2. KL modu uk adu prostownika, ró niczkuj cego i ca kuj cego 3. Multimetr 58

59 PROCEDURA A. Pomiar pr dów I E, I B i I C tranzystora p-n-p 1. Ustawi modu KL na module KL (modu edukacyjny laboratorium z podstawowych uk adów elektrycznych), poczym zlokalizowa blok a. Do czy do uk adu za pomoc przewodów potencjometr VR2. Do modu u KL przy o y napi cie sta e +12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL Wykona po czenia pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Do czy amperomierze, aby zmierzy pr dy I B, I C i I E. Je li amperomierz o odpowiednich parametrach nie jest dost pny, to w miejscu, w którym ma by on w czony nale y umie ci wtyk zwieraj cy (mostkuj cy). 4. Ustawi potencjometr VR2 (10 k ) tak, aby pr d I C = 3 ma. 5. Zmierzy i zapisa w tablicy pr dy I B, I C i I E. Obliczy warto wzmocnienia. 6. Ustawi potencjometr VR2 (10 k ) tak, aby pr d I C by maksymalny I C(sat) (równy pr dowi nasycenia kolektora). Powtórzy krok 5 niniejszej procedury. Rys Uk ad do pomiaru pr dów sta ych tranzystora p-n-p 59

60 I C(sat) Tablica Rys Schemat monta owy (modu KL blok a) I C I B I E = I C / I B 3 ma B. Pomiar pr dów I E, I B i I C tranzystora n-p-n 1. Wykona po czenia pos uguj c si uk adem pomiarowym przedstawionym na rys i schematem monta owym przedstawionym na rysunku Do czy do uk adu za pomoc przewodów potencjometr VR2. Do modu u KL przy o y napi cie sta e +12 V z zasilacza o napi ciu ustawionym na sta e znajduj cego si w module KL Do czy amperomierze, aby zmierzy pr dy I B, I C i I E. Je li amperomierz o odpowiednich parametrach nie jest dost pny, to w miejscu, w którym ma by on w czony nale y umie ci wtyk zwieraj cy (mostkuj cy). 3. Ustawi potencjometr VR2 (10 k ) tak, aby pr d I C = 3 ma i tak, aby by on maksymalny I C(sat) (równy pr dowi nasycenia kolektora). 4. Zmierzy i zapisa w tablicy pr dy I B, I C. Obliczy warto wzmocnienia. 5. Ustawi potencjometr VR2 (10 k ) tak, aby pr d I C by maksymalny I C(sat) (równy pr dowi nasycenia kolektora). Powtórzy krok 4 niniejszej procedury. 60

61 Rys Uk ad do pomiaru pr dów sta ych tranzystora n-p-n Rys Schemat monta owy (modu KL blok a) Tablica PODSUMOWANIE W trakcie wiczenia zmierzono pr dy bazy, kolektora i emitera oraz obliczono warto ci wzmocnienia tranzystorów n-p-n i p-n-p. Zweryfikowano te w trakcie normalnej ich pracy zale no ci I E =I B +I C i =I C /I B. Gdy tranzystor jest w stanie nasycenia, to warto wzmocnienia ro nie. 61

62 wiczenie 5-2 Charakterystyki tranzystora PRZEDMIOT WICZENIA 1. Zapoznawanie si c charakterystykami wej ciowymi i wyj ciowymi tranzystora. 2. Wyznaczenie charakterystyk tranzystorów. DYSKUSJA Tranzystor ma dwie charakterystyki b d ce wykresami zale no ci pr du od napi cia. 1. Charakterystyka wej ciowa tranzystora: U ywa si jej do opisu zale no ci mi dzy napi ciem V BE a pr dem I B. 2. Charakterystyka wyj ciowa tranzystora: U ywa si jej do opisu zale no ci mi dzy pr dem I B, napi ciem V CE i pr dem I C. Jak to przedstawiono na rys , gdy napi cie V BE przekracza 0,6 V, to pr d I B gwa townie ro nie. Zgodnie z rys (b) 1. I B = 0 µa, I C = I B = 10 µa, I C 15 ma (V CE = 15 V) Rys Charakterystyki I=f(U) tranzystora 62